Schmalbandiges GaN-basiertes Diodenlasersystem zur Erzeugung von DUV-Laserlicht für die Ramanspektroskopie
Abb. 1: Schema des ECDL-Systems in Littrow-Anordnung
Abb. 2: a) Emissionsspektren bei 0,49 A Injektionsstrom und 20°C: Fabry-Perot-Laserdiode (grau), ECDL-System (blau), b) Leistungskennlinien: FP-Diode (gestrichelt), ECDL (blau). c) Emissionsspektrum ECDL mit 44 dB Seitenmodenunterdrückung
Laserlicht im tiefen ultravioletten Bereich (deep UV – DUV) ist für die Ramanspektroskopie von großem Interesse. In diesem Spektralbereich wächst das Signal mit der 4. Potenz zur inversen Wellenlänge und der typischerweise störende Fluoreszenzuntergrund ist wesentlich geringer. Bisher waren jedoch geeignete Lichtquellen sehr aufwändig zu realisieren.
In einem neuen Ansatz nutzt das FBH seit kurzem kommerziell verfügbare Diodenlaser im blauen Spektralbereich mit mehr als einem Watt optischer Ausgangsleistung. Zugleich arbeitet das Institut an der effizienten Frequenzverdopplung dieser Emission in einem nichtlinearen Kristall. Unter Einsatz derartiger Diodenlaser wurde am FBH erstmals ein Hochleistungs-External Cavity Diode Laser (ECDL)-System mit einer optischen Ausgangsleistung von 400 mW und schmalbandiger Emission bei 445 nm realisiert.
Das System nutzt eine GaN-Laserdiode (OSRAM Opto Semiconductors, Streifenbreite 15 µm), die. ohne externe Rückkopplung mit einer spektralen Breite von 1 nm (full-width at half maximum) emittiert. Eingesetzt in eine optimierte externe Kavität in Littrow-Konfiguration wurde es möglich, diese spektrale Breite auf 20 pm zu reduzieren. Die Seitenmodenunterdrückung beträgt 44 dB. Die Strahlqualität hat bei 400 mW-Ausgangsleistung M²-Werte um 5.
Dank der hohen optischen Ausgangsleistung, der geringen spektralen Breite und der noch hinreichenden Strahlqualität ist dieses ECDL-System als Pumpquelle für eine nichtlineare Frequenzkonversion in den tiefen ultravioletten Spektralbereich geeignet. In ersten Experimenten mit diesem ECDL-System wurde durch eine einfache Single-Pass-Frequenzverdopplung in einem BBO-Kristall UV-Strahlung mit einer Emissionswellenlänge um 223 nm generiert. Mit den damit erreichten Werten im unteren µ-Wattbereich sind bereits Anwendungen in der Ramanspektroskopie möglich.
Publikation:
N. Ruhnke, A. Müller, B. Eppich, M. Maiwald, B. Sumpf, G. Erbert, and G. Tränkle, "400 mW external cavity diode laser with narrowband emission at 445 nm", Opt. Lett., vol. 39, no. 13, pp. 3794-3797 (2014).
FBH-Forschung: 10.11.2014